水稻叶片含氮量无损快速测定方法

黄洁朱德峰陈惠哲向镜张义凯王亚梁张玉屏*河野元信渡桥啓介

（1长江大学农学院，湖北荆州434020；2中国水稻研究所，杭州310006；3佐竹公司，日本广岛739-8602；*通讯作者：cnrrizyp@163.com）

水稻叶片含氮量无损快速测定方法

黄洁1，2朱德峰2陈惠哲2向镜2张义凯2王亚梁2张玉屏2*河野元信3渡桥啓介3

（1长江大学农学院，湖北荆州434020；2中国水稻研究所，杭州310006；3佐竹公司，日本广岛739-8602；*通讯作者：cnrrizyp@163.com）

采用CCN6000水稻叶片氮素快速测定仪，以籼型常规早稻中早39为材料，研究了水稻叶片氮含量化学分析值、CCN值及SPAD值的关系。结果表明，早稻倒1叶叶片CCN值与含氮量呈近1.0∶1.0的关系，倒2叶叶片CCN值与含氮量呈近1.0∶1.1的关系，倒3叶叶片CCN值与含氮量呈近1.0∶1.2的关系，倒1叶CCN值与含氮量之间最为吻合，CCN值与SPAD值显著相关。水稻孕穗期叶片含氮量为倒3叶＞倒2叶＞倒1叶。研究表明，CCN值可以作为叶片含氮量的快速诊断依据。

水稻；含氮量；CCN600；无损检测

水稻是我国的主要粮食作物，化肥工业发展及化肥的应用对水稻增产发挥了重要作用。但近年来，生产上氮肥用量大且效率低，不仅造成生产成本提高，还引起肥料利用率下降、病虫害增多和环境污染。迫切需要研究水稻生产减氮增产的施肥方法。根据水稻植株含氮量决定氮肥施用量和施用方法是提高氮肥利用效率途径之一。研究水稻叶片氮含量快速诊断方法对氮肥的精确施用及提高氮肥利用效率具有重要意义[1-3]。

水稻叶片氮素营养测定方法很多，广泛采用的是凯氏定氮法和流动注射法，需要取样、烘干、称量、消煮等系列程序，能够准确的测出叶片、植株及土壤的氮含量。但这两种测定方法需要离体取样，工作量大，且不能及时根据测定结果来计算肥料的增补。在植物氮素含量快速、无损测定方面，目前国内外主要利用近红外光谱技术快速测量仪，并已取得了一定成果[4-5]。

CCN6000是专用水稻叶片氮含量测定仪器，其特点是快速简便、无损测氮、直接反映叶片含氮量。CCN6000可以在不伤害水稻叶片的情况下测定其含氮量，且不受外界气温和日照条件的影响，测定简单、时间短、操作性好。但由于CCN 6000目前主要在日本应用，日本主要是粳稻品种，因此，笔者基于CCN 6000的实用性，以籼型常规早稻中早39为材料，对照凯氏化学测定与SPAD值测定，以验证CCN6000的普适性及其与SPAD值的关系。

1 材料与方法

1.1 供试品种

以长江中下游大面积推广的籼型常规早稻中早39（中国水稻研究所选育）为供试品种。

1.2 试验设计

试验于2016年在中国水稻研究所富阳试验基地C区进行，前茬为冬闲田。肥料施用设2个处理：本田期施纯N 12 kg/667 m2（N12）；不施氮肥（N0）。氮肥按基肥50%、分蘖肥30%、穗肥20%分3次施用；所有处理均施以相同数量的磷肥（过磷酸钙20 kg/667 m2）和钾肥（氯化钾10 kg/667 m2），磷肥作基肥一次性施用，钾肥作基肥和穗肥各50%施用。每个处理3次重复。

试验随机区组排列，小区面积48.36 m2（6.2 m×7.8 m）。3月25日播种，4月20日移栽，6月16日（孕穗期）测定叶片氮含量。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 CCN值

选取主茎，用CCN6000测定倒1叶、倒2叶和倒3叶叶片中部略下方距叶脉2 mm左右处的CCN值，不同处理不同叶位各测15张叶片，3次重复。

1.3.2 SPAD值

与CCN6000测定叶片相对应，用SPAD502测定SPAD值。

1.3.3 叶片氮含量

采取CCN6000测定的对应叶片，将样品带回实验室，放入烘箱烘干，磨粉，消化后采用FOSS2400测定叶片全氮含量。

表1 叶片CCN值与含氮量化学分析值

表2 不同叶位CCN值与SPAD值

图1 叶片CCN值与SPAD值的关系

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010、SAS 9.0等软件进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 叶片CCN值与含氮量

从表1可知，倒1叶、倒2叶和倒3叶叶片含氮量依次增高，CCN值与凯氏定氮法分析值趋势一致，N12和N0处理一致，但N0处理用凯氏定氮法测出值不同叶位之间差异较小。两种方法叶片氮含量的测定表明，CCN值与含氮量的相关系数倒1叶、倒2叶和倒3叶分别为0.9573、0.9236和0.9830，达到显著相关，且倒1叶测定值与分析值之间基本上接近1∶1，说明CCN6000作为叶片氮含量快速测定仪器是可靠的，且以倒1叶作为测定对象，CCN值与分析值最接近。

2.2 叶片CCN值与SPAD值

为明确SPAD值与CCN值之间的关系，以叶片的SPAD值和对应 CCN值建立回归方程 y=0.1387x-1.9861，决定系数R2=0.9259，相关系数r=0.9622，SPAD值与CCN值达到显著相关（图1）。表明叶片叶绿素含量高，叶片含氮量也高，这与实际相符。进一步表明用CCN6000来快速测定籼稻叶片含氮量的方法是可行的。

不同施氮处理不同叶位的SPAD值和CCN值差异明显，N12处理的SPAD值和CCN值明显大于N0处理，各叶位表现一致（表2），表明施氮后水稻叶片氮含量增加，叶绿素含量提高，有利于光合作用。比较不同叶位的SPAD值和CCN值，都表现为倒3叶＞倒2叶＞倒1叶。SPAD值变化趋势与江立庚等[8-10]的研究相符，CCN值变化趋势与SPAD值一致，说明不同叶位氮吸收存在一定差异，CCN6000快速测定叶片含氮量和进行叶片诊断施肥时，需要根据不同生育时期不同叶位叶片含氮量来确定。

3 结论与讨论

叶片是水稻的主要光合营养器官，其全氮浓度是诊断水稻氮素营养的一个重要指标。获取叶片氮含量的化学分析方法一般是从田间取样，然后在室内进行化学测定，这样的操作无法在时间和空间尺度上满足实时、快速、无损氮素诊断的要求。光谱技术作为一种快速、无损的测量技术，在作物叶片氮素分析方面有着深入的研究和进展[5]。利用近红外光谱技术快速测量CCN6000能通过仪器自动计算，快速直接获得叶片氮含量，且化学分析值与CCN值吻合度极高，尤其是倒1叶位，基本上是1∶1，说明CCN6000在水稻生产中诊断氮素的合理施用有很大的实用价值。

本试验建立的叶片SPAD值和CCN值的回归模型决定系数为0.9259，表明利用CCN6000测定的CCN值可以达到很高的精度，SPAD值与CCN值有极显著相关性。CCN值可以作为无损氮检测的重要手段，为叶片氮含量快速检测提供了方法。但由于不同叶位CCN值和SPAD值存在一定差异，且CCN值与含氮量的关系还可能与叶片厚度及测定时期有一定关系，后面需作进一步试验，所以不同生育期监测的叶位值得进一步深入研究。

[1]Tanakaa A,Toriyamab K,Kobayashia K.Nitrogen supply via internal nutrient cycling of residues and weeds in lowland rice farming[J]. Field Crop Res,2012,137:251-260.

[2]徐富贤，熊洪，谢戎.水稻氮素利用效率的研究进展及其动向[J].植物营养与肥料学报，2009，15（5）：1 215-1 225.

[3]彭少兵，黄见良，钟旭华.提高中国稻田氮肥利用率的研究策略[J].中国农业科学，2002，35（9）：1 095-1 103.

[3]聂鹏程，袁石林，章伟聪，等.基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发[J].农业工程学报，2010，26（7）：152-156.

[4]张玉森，姚霞，田永超，等.应用近红外光谱预测水稻叶片氮含量[J].植物生态学报，2010，34（6）：704-712.

[5]李刚华，薛利红，尤娟，等.水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择 [J].中国农业科学，2007，40（6）：1 127-1 134.

[6] 谭昌伟，周清波，齐腊，等.水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型[J].应用生态学报，2008，19（6）：1 261-1 268.

[7]江立庚，曹卫星，姜东，等.水稻叶氮量等生理参数的叶位分布特点及其与氮素营养诊断的关系[J].作物学报，2004，30（8）：739-744.

[8]唐建军，何火娇，彭莹琼，等.水稻不同叶位叶色信息与叶片含氮量的关系研究[J].江西农业大学学报，2014，36（2）：261-264.

[9]王绍华，曹卫星，凌启鸿，等.水稻叶色分布特点与氮素营养诊断[J].中国农业科学，2002，35（12）：1 461-1 466.

Nondestructive and Rapid Determination Method of Nitrogen Content of Rice Leaves

HUANG Jie1,2,ZHU Defeng2,CHEN Huizhe2,XIANG Jing2,ZHANG Yikai2,WANG Yaliang2,ZHANG Yuping2*,Motonobu Kawano3, Keisuke Orihashi3
（1Changjiang University,Jingzhou,Hubei 434020,China;2China National Rice Research Institute/State Key Laboratory of Rice Biology,Hangzhou 310006,China;3Satake Corporation,Hiroshima 739-8602,Japan;*Corresponding author:cnrrizyp@163.com）

The relationship of rice leaf nitrogen content,SPAD value and CCN value were studied in the experiment,with rice leaf nitrogen rapid determination instrument of CCN6000,early season indica rice zhongzao 39 as material.The results showed that the value measuring by CCN6000 and chemical analysis was similar when the flag leaf was subjected to analyzing.The leaf nitrogen content of rice leaf at panicle initiation stage from high to low was 3rd,2nd,1st from the top,and the correlation of the value measured by CCN6000 and SPAD were significant.With the rising of leaf position,leaf nitrogen content decreased at booting stage of rice.CCN value can be used as a basis for nondestructive and rapid determination of nitrogen content in leaves clearly.

rice;nitrogen content;CCN6000;nondestructive and rapid determination

S511

A

1006-8082（2017）02-0018-03

2016－11－23

现代农业产业技术体系建设专项（CARS－01－26）；国家重点研发计划项目（SQ2016ZY06003823）